挤压模大截面铝合金型材散热管的挤压模具设计概述.docx

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挤压模大截面铝合金型材散热管的挤压模具设计概述

大截面铝合金型材散热管的挤压模具设计

摘要

随着工业和建筑行业的高速发展，我国建筑铝型材工业也得到了迅猛的发展。

铝合金及其型材的应用范围在不断的扩大，甚至已经渐渐的取代了其他的一些合金，可见，铝合金及其型材在工业中的重要性。

在日常生活中我们可以看到很多铝合金及其型材的产品，比如说房屋建筑中的门和窗，交通工具中的汽车、飞机等。

也正是由于铝合金及其型材在我们日常生活中应用的广泛性和普遍性，人们对铝制品的质量也提出了更高的要求，如何生产出高质量、低成本、优性能的产品成为了铝合金及其型材的发展方向。

铝合金材料主要元素为镁和硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出性及电镀性，是典型的挤压合金。

其中6063铝合金型材是铝合金产品中应用最为最广泛的材料之一。

铝合金产品质量的好与坏不仅仅取决于材料的性能，更重要的是决定于模具。

铝材在挤压过程中，如挤压模具质量不是很好或者设计的结构不合理，就会使得铝产品产生划痕、裂痕等缺陷。

因此，在铝合金挤压产品中其产品质量的优劣关键是在于挤压模具质量。

本文介绍了铝合金挤压模具的设计准则及其工艺方案的确定，尤其是针对大截面铝合金型材散热管进行平面分流组合模设计，同时根据给定的产品进行全面的分析，得出设计方法、设计要点、设计流程等，同时运用AutoCAD绘图软件系统绘制出模具的零件图和装配图。

关键词：

铝合金；挤压；平面分流组合模；模具设计

Extrusiondiedesignoflargesectionaluminumalloyradiator

Abstract

Withtherapiddevelopmentofindustryandtheconstructionindustry,China'sarchitecturalaluminumprofileindustryhasbeenrapiddevelopment.Theapplicationrangeofaluminumalloyisexpandingnow,evenhavegraduallyreplacedsomeotheralloys.So,aluminumalloyanditsprofileisveryimportantinindustry.

Ineverydaylife,wecanseemanyproductsofaluminumalloyanditsprofile,forexample,buildingdoorsandwindows;thecarandaircraftinthetrafficindustry.Itisalsobecauseoftheuniversalityoftheapplicationofaluminumalloyanditsprofileinourdailylife,peoplealsoputhigherrequirementsonthequalityofthealuminumproducts.Sohowtoproducehighquality,lowcost,superiorperformanceproductshasbecomethedevelopmentdirectionofaluminumalloyanditsprofile.

Aluminumalloyelementssuchasmagnesiumandsilicon,hasexcellentprocessingproperties,excellentweldability,extrusion,isatypicalextrusionalloy.6063aluminumalloyprofileisoneofthemostwidelyusedmaterialusedinthealuminumalloyproducts.Propertiesofaluminumalloyproductqualityisgoodorbaddependsnotonlyonthematerial,themoreimportantisdeterminedbythemold.Aluminumintheextrusionprocess,extrusionmouldqualityisnotverygoodwillmakethealuminumproductsappearsurfacescratches,defectssuchascracks.Therefore,thekeyofthequalityinthealuminumalloyextrudedproductsisthequalityofextrusiondie.

Thispaperintroduceshowtodeterminatethedesigncriterionofthealuminumalloyextrusiondieanditsprocessscheme,especiallyforlargesectionaluminumalloyradiatingtubeportholediedesign,atthesametimetoconductacomprehensiveanalysisaccordingtothegivenproduct,getthedesignmethodandkeypointsofthedesign,designprocess,andthenusetheAutoCADdrawingsoftwaresystemtodrawthepartsdrawingandassemblydrawingatthesametime.

Keywords：

aluminumalloy;extrusion;planarportholedie;diedesign

1绪论

1.1引言

与其他的有色金属、钢铁、塑料和木材等相比,铝及其铝合金具有重量轻、导电导热性好、耐腐蚀、外形美观等优良特点,同时还具有良好的力学性能、优良的铸造性能和焊接性能,除此之外,铝合金的塑性加工能力强,切削加工性能、铆接性能及表面处理性能也很好。

因此,铝合金制品被广泛的应用于航天航空、汽车船舶、桥梁建筑、电子电气、冶金化工及机械制造等各个领域。

世界各国均将铝合金及其产业作为重点发展方向,其应用受到了广泛的重视,将在未来的诸多领域替代现有的材料,如钢铁和塑料等,目前其消费量在金属材料中仅次于钢铁

。

在铝合金的加工过程中,挤压成形是铝型材生产的核心步骤,可以精确加工和生产具有复杂形状和特殊要求的铝合金材料

。

我们所说的铝型材挤压是指将铝合金高温铸坯通入专用模具（机头）内,在挤压机提供的强大压力作用下,按给定的速度,将铝合金从模腔中挤出,从而获得所需要的形状、尺寸以及具有一定力学性能的铝合金挤压型材

。

铝合金型材的挤压成型过程非常复杂,这么说是因为铝型材挤压大多数都是属于三维流动大变形问题，而且挤压过程中的工作区域是根据挤压力的极限、允许的表面缺陷极限以及性能极限决定的。

而这些极限不是由一个参数决定的（例如挤压过程挤压力的极限,不仅由挤压力的大小决定,也与模具的设计有关）,是许多与挤压设备有关因素复合的结果

。

但是在众多的因素之中，对挤压产品的质量影响最大的还是挤压模具质量的综合水平。

因此,挤压模具的合理设计与制造能大大延长模具寿命,对于提高生产效率、降低成本和能耗具有重要意义

。

可见，挤压成形的模具结构、工装设备等对最终产品的质量都有直接的影响。

模具的设计、加工工艺、适用范围和使用寿命是决定挤压生产优质、高效和低成本的关键

。

所以说学习好挤压模具的设计制造过程是很有必要的，这不仅能锻炼我们独立思考和研究的能力，更能将所学习到的理论知识运用到实际生产中来，在实践中检验我们的所学，同时也在实践中来纠正我们以前错误的思维，是我们能更好的掌握挤压模具的设计过程，这都会为我们未来的学习和工作中打下坚实的基础。

1.2挤压在轻合金加工中的地位

挤压加工在轻合金加工材料体系中占有特殊的地位。

这主要是因为近年来随着科学技术的进步与发展，人们对轻合金产品的结构精度、形状和组织性能等各方面的指标提出了更高的要求。

而为了向用户保证各种轻合金产品的质量，要求我们研究和发展各种新的生产技术和适用于轻合金的生产技术，经大量的实践证明，相比于如轧制、锻造等加工方法，挤压加工生产技术有较大的优越性和先进性。

由此也可见，在轻合金的生产中，挤压加工生产技术也在逐渐的占有更重要的地位和作用。

归纳起来，挤压加工有下列特点：

（1）被淘--宝..店--铺搜索：

“两个半学分”他方法加工的同类产品要高。

（5）工艺流程简短、生产操作方便，一次性可获得比模锻或成形轧制等方法面积更大的整体机构部件，而且投资少、模具费用低、经济效益高。

（6）轻金属具有良好的挤压特性，可以通过多种挤压工艺和模具结构进行加工

。

综上所述，可见挤压加工生产技术有着许多轧制、锻造等技术所不具备的优越特点，是我们生产轻合金的首要选择的技术之一。

1.3铝合金挤压技术的现状与发展

1.3.1国内铝合金挤压技术的现状与发展

在建国以前，我国的铝合金挤压技术生产基本上是空白的。

自从1949年以后，中国逐渐建立起独立的挤压工业，这在很大程度上促进了挤压生产的向前发展。

目前，我

国已经建立起了比较完整的大、中、小配套的挤压工业体系

。

到2005年底，我国铝合金型材的挤压机的数量已经达到3000台，结构和自动化的程度也有了很大程度上的改进和提高，油压单独传动挤压机的自动速控装置都达到了较高的水平。

不仅挤压技术不断得到提高和完善，挤压工艺也在不断改进，新的挤压方法和挤压工艺正在一些工厂和研究单位进行试验研究，并获得一定的应用。

除了挤压技术水平在不断的提高，铝合金挤压材的品种规格正在与日俱增，据初步统计，目前我国铝型材品种已经超过10000种，壁板的最大宽度可达到932mm，型材的最大断面积达400c㎡，长度达10~30m，同时用异形针穿孔法进行生产无缝异形空心旋翼大梁型材，用自行设计和制造的有独创性的670mm×270mm×1600mm扁挤压筒和扁锭固定挤压垫片，为高速铁路和地铁研制了首批轨道车辆用大型铝合金型材等

。

虽然我国的铝合金挤压技术有了明显的进步，但仍然有很多地方需要改进和完善，我国也正向着更好的方向前进和研究，要将基础的理论知识与实际应用相结合起来，达到增加产量、降低消耗、节能减排、提高生产效率、降低成本和改善品质的共同目标。

1.3.2国外铝合金挤压技术的现状与发展

我国的铝挤压技术起步比较晚，虽然说铝合金挤压技术较以前有了很大的进步，为了更好的速进挤压技术的发展，而且正在不断地提高和完善挤压技术，但是在挤压品的质量和挤压生产效率以及标准化程度来看，相比于世界上的其他国家，都存在较大差距。

目前，世界上的铝合金型材挤压生产技术发展的非常迅速，而且世界各国的研究人员仍然在不断的对铝合金型材挤压技术进行研究和改善，使得铝型材挤压正在向大型化、精密化、多品种、多规格等各个方向发展，挤压的生产也逐渐的趋于连续化、自动化和专业化

。

世界上各发达国家的挤压工艺设备向大型化、现代化、精密化和生产线自动化方向发展，大型优质圆、扁挤压筒与特种模具技术均取得了突破性的进展

。

与此同时，挤压工艺与方案、铝挤压材的产品结构也在不断的改进。

挤压技术的不断完善和进步，极大地促进了国家的发展以及铝挤压工业的前进。

1.3.3国内外铝合金挤压技术的比较

我国虽然已经成为了世界上的挤压大国，但是还不是挤压强国，与工业发达的国家比较起来，我国的铝合金挤压技术仍存在一定的差距。

例如，在方向挤压技术方面，前

苏联、法国、日本早已经得到广泛推广，可是中国还处于比较落后的状态；在大型铝型材短程挤压机方面，法国和德国等国家早在上世纪后期已经发明了这类装备，而我国在这方面的起步比较晚，近年来才对此有所研究；在大型铝型材牵引技术方面，外国许多国家早已建立了比较成熟的大型铝型材双牵技术，而我国虽然在单牵引技术方面已经成熟，但是在双牵引方面才开始研究

；在工厂的规模上，国内数量多而规模小，国外则

是数量少而规模大；在产品品种方面，国内产品品种以建筑铝型材为主，少量的工业型材和管材，且高精度管材和部分工业型材尚需要进口，而国外已经可以生产各种高精度型材和交通运输用大断面型材；在挤压机吨位、挤压机速度、挤压材成品率等方面，与国外比较起来都存在一定的差距。

1.4挤压模具在挤压过程中的重要意义

挤压产品的好与坏，绝大程度上是取决于挤压模具的质量，由此可见挤压模具在实现挤压过程中是有着相当大的重要意义，模具的质量与使用寿命对铝合金挤压生产、高

产、减少能耗和高效有着很大的影响，是挤压产品高质量的有效保证之一。

挤压制品的质量和使用性能基本上是由挤压模具所决定的，可以说，挤压模具的优劣决定着挤压制品的质量高低。

由此可见，挤压模具的合理设计与制造是至关重要的，这对于提高生产效率、改善生产环境、降低生产成本等方面都有着重要意义。

首先，合理的模具结构设计是实现挤压工艺过程的基础，是保证产品成形，具有正确形状、尺寸精度的基本工具，因为模具是使金属产生变形和传递压力的关键部件；其次，模具的结构、精度和表面光滑度对产品的内外表面质量也有着重要的影响，在一定的程度上也可控制产品的力学性能和内部组织；除此之外，模具合理的结构设计与制造，在能大大地提高模具寿命的同时，还能降低生产制造成本，降低生产者的劳动强度，减少生产制造的时间，改善生产环境等等。

由此可见，挤压模具在挤压过程中起着至关重要的作用。

尤其是近年来建材市场迅猛发展带动了铝加工行业的飞速发展，而挤压模具在铝型材的加工过程中尤为重要。

也正是因为如此，世界各国正在努力的改善和发展挤压模具的技术和制造水平。

1.5铝挤压模具技术的发展概况

1.5.1国内铝挤压模具技术的现状与发展趋势

挤压技术发展的初期,由于挤压技术水平较低，挤压生产条件受到很大的限制，挤压产品质量不是很高，而且挤压机的吨位大多数都较小,结构简单,产品形状单一且断面轮廓较小,被挤压合金较软,所以当时的挤压模具一般为结构形状简单、尺寸较小的平面模。

当时的模具材料多为普通工具钢,采用一般的机械加工方法和普通的热处理方法制造。

随着铝合金挤压型材多方向的发展,对挤压模具提出了各种不同的要求

。

目前,不仅出现了多种新型结构的模具,还研制功了多种在高温下σb达到1500兆帕以上的高级耐热、耐磨、高强、高韧模具材料,并在此基础之上开发了多种大型的基本挤压工具

。

除了研究处许多的挤压工具外，真空精密、少氧化等新型热处理工艺和硫化、化学沉积、电镀、电火花强化等新型表面强化处理工艺也得到了很大的发展。

而且广泛地采用了电子计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）挤压模具技术

大型计算机的开发和应用以及CAD/CAM技淘--宝..店--铺搜索：

“两个半学分”计和制造,乃至整个挤压的过程走向全盘自动化、连续化生产打下了良好的基础。

总而言之,在近十几年中,金属的挤压加工理论和挤压模具设计理论有了相当大的进展,这提供了许多的不仅可供应用而且有价值的分析方法来获得挤压过程中工模具上的应力一应变、温度一速度等的分布及其变化,为合理地设计和制造工模具提供了有力的保证

。

特别是近几年来,模具CAD/CAM技术的进一步发展，随着大型计算机的研制与

应用,优化设计理论与应用的进一步完善,相关学科的进一步发展和揉合等,这些都极大地促进了金属挤压模具技术的发展。

尤其是在我国模具工业非常兴旺发达的80年代,通过“六五”和“七五”攻关,对模具的设计和CAD/CAM技术,模具的材料及其热处理和表面处理技术,模具的加工工艺、模具修理及其科学管理等方面进行了深入系统的研究，在引进国外设备和技术的基础上,进行了广泛而深刻地学习、吸收、创新和国产化工作,有的方面已达到了国际先进水平。

随着科学技术的进步和国民经济的快速发展，人民对各类产品的需求量越来越大，这就要求模具的生产也要以更高的速度进行。

同时，也说明了我国的铝挤压模具的生产技术的发展方向：

模具的需求量将继续的增长，特别是机械、动力能源、交通运输等工业部门的铝合金挤压材用模量将大大增加；模具新材料的开发应用，提高模具的质量和使用寿命；开发新型的模具结构，提高产品的尺寸精度和形位精度等；电子计算机技术及虚拟设计技术的开发应用，因为随着科学技术的进步，计算机技术的应用越来越重要，并在模具的设计、检测、使用和维修等方面起着重要的作用；模具复合加工技术的开发和应用；朝着铝挤压模具标准化和产业化的发展等等。

1.5.2国外铝挤压模具技术的现状与发展趋势

随着科学技术的发展以及人们对铝挤压产品的要求的逐渐提高，使得铝挤压模具技术的发展得到了广泛的提高。

模具材料的选用经历了一个由碳素工具钢

低合金工具钢

高合金工具钢

高级合金钢的发展过程。

铝合金挤压模一般采用的是热加工模具钢。

为了提高模具的使用寿命,使模具可以满足极端的挤压加工工艺条件,世界各国对模具材料进行了广泛研究,开发了多种新模具钢材料,如高温合金,硬质合金,陶瓷和粉末烧结钢等。

此外还根据加工条件,研究推广了如根据材料的加工过程设定新的预处理工艺、强韧化处理、真空热处理、气氛热处理等多种先进的热处理技术,以及离子硫、碳、氮等多元共渗、离子氮化、气体氮化、等离子渗氮、低温渗硼、PVD和CVD沉积技术等,这些表面沉积处理和物理化学处理,提高了模具材料的强度和性能,对于提升模具的质量和使用寿命具有重要的推动作用

。

同时对模具的结构和设计原则都有不同程度上的改进，总结起来国外铝合金挤压模具的发展概况如下：

（1）国外在模具设计和科研、加工等方面做了大量的工作,在加工方面采用程序控制,并广泛应用计算机技术。

并且应用衍磨机或掖体喷射法研磨模具,致使模具的精度和光洁度都比较良好。

我国也必须重视合理、科学地设针模具、改善模具的结构形式和强度考核的设计原则,不断改革模具设计的理论和方法,多学习和引进新的技术，不断地采用电子计算机辅助设计模具等。

（2）择更好的材质,研究采用先进的热处理工艺:

国外的先进经验表明,将研制新材质和开发新型热处理工艺有机地结合起来,是解决提高模具使用寿命这一课题的有效途径之一。

例如日本采用新型模具钢DAC（KKD-61）,含铬5%左右,结合先进的金属热处理工艺,一套平模可以挤压招材40多吨,一套分流组合模可以挤压铝材20吨左右,而我国一套平模只能一,挤压铝材10~15吨,而分流组合模只能挤压铝材2~3吨左右。

（3）提有模具的加工质量,改进挤压机的设备结构和挤压工艺技术:

必须采用新型的加工工艺技术,以提高模具质量以及延长模具使用寿命。

必颤进一步改善工作条件,合理使用和维护模具,如采用掖、气冷却模具、全淮猾挤压和降抵挤压力等新工艺,加强对使用前模具的质量检查,建立挤压模具档案卡,改进和提高模具的修复工艺技术和模具的多次表面处理技术,以发挥模具的楷力,进行多次返修使用

。

总而言之，国外的挤压模具设计技术水平发展是比较全面的，无论是在模具材料上的研究和处理上，还是在模具本身的结构设计、结构的改善以及模具生产设备的不断改进以及先进的计算机辅助设计技术的应用上，都是值得我国学习和借鉴的。

不仅如此，世界各国仍然致力于寿命更高、精度更高、成本更低、能耗更小、劳动环境更好等等更先进的方向发展。

1.5.3台湾铝挤压模具技术的现状与发展趋势

台湾模具技术一般不太高，模具主要材料为SKD级的，硬质合金很少用。

其模具的加工设备主要引进了国外的数控加工中心，其中日本产的机床占多数，台湾产的成型磨、电火花机床只占少数。

台湾的模具制造者一般不能正确的忠实于模具的基本加工技术，他们认为没有必要达到日本模具制造水平的程度，对于模具的硬度也不能认真对待，所以模具质量一般不高，制造的精度远低于国外的制造水平，模具的使用寿命也会因此而大大地降低

。

由于台湾的挤压模具生产技术有待改善和提高，所以说其未来的发展趋势是生产高

精度、高寿命的模具，引进CAD/CAM计算机电子辅助生产设备和设计技术以补充模具

设计能力的不足，在学习和研究国外先进挤压模具生产技术的同时，结合自身的社会实

际现状，提高固有的挤压模具技术，引进符合自己实际的先进挤压模具生产技术，促进社会的全面进步和发展。

1.5.4国内外铝挤压模具技术的发展比较

科学技术在不断地进步，人们生活质量也在逐渐地得到提高，使得人们对挤压产品的质量要求、使用寿命、使用性能以及维修等方面都提出了很高的要求，这也间接的促进了各个国家对挤压模具的设计、制造等技术的发展和完善，尤其在当今这个信息化的世界，计算机技术在挤压模具研究领域中得以广泛应用的时候，大大地方便了研究人员的学习和设计，促进了人们对挤压模具方面知识的研究，从而也使挤压模具技术得到了更加全面的发展。

模具的重要性不言而喻，一个国家想要发展工业，就不能忽视在实际的工业生产中模具对于产品所起到的决定性作用。

为了提高挤压模具的质量、使用寿命和制造精度，发展挤压技术，各个国家对模具的设计、制造、使用和维修等方面开展了广泛的研究，并取得了可喜的进展。

生产需要的迅猛发展，促进了科学技术的不断发展，从而使得CAD/CAM技术已经进入实用阶段，而且已经开发出了各种实用软件

，与此同时，更多的科学研究工作者也在努力地学习和研究，为提高挤压模具的生产制造水平做出了很大的贡献，极大地促进了模具技术的发展。

虽然说我国的挤压模具技术水平较以前已经取得了相当大的进展和提高，研究模具设计方面的人才也比以前多出很多，而且技术水平也在日趋专业化和先进化

。

但是,由于我国的研究模具生产制造起步较晚，而且模具技术底子薄,所以说在综合水平上与国外相比仍有一定的差距,见表1.1

。

由表1可见，与国外相比，我国的模具技术水平还有待提高。

我国的模具技术仍有一段很长的路要走，相信在不久的未来，我国的模具技术水平将赶上甚至超过其他发达国家的水平。

表1.1国内外模具技术的主要差距

Table1.1Themaindifferencebetweendomesticandabroadinmouldtechnology

指标

国际先进水平

国内目前水平

设计理论和方法

普遍采用动态热分析有限元和电子计算机分析计算

基本采用传统方法，开始研究和开发新理论、新方法

CAD/CAM技术

普遍采用CAD/CAM技术，并从二维向三维发展，开发了大量的平面模和组合模及其他结构模具的应用软件，且商品化。

已开发出简单形式的平面模和平面分流组合模的二维使用软件、及导流模应用软件，正向三维推进

模具材料

以H13及改进型钢为主，采用电渣重熔炉在线精炼，冶金质量稳定可靠，并开始研制陶瓷、高温和粉末冶金等新型模具材料

以H13代替3Cr2W8V钢，H13的冶金质量正在逐步提高，开始研发新型模具材料

模具加工技术

机加工、电加工和热加工水平很高，机床的NC/CNC程度达90%以上，实现全线自动化生产

推行机—电—热综合加工方法，传统的手工加工法仍占相当大的比重，机床的NC/CNC程度为50%左右

热处理技术

普遍推广预处理、真空和保护气氛热处理

传统热处理方法占70%以上，开始采用真空和保护气氛热处理工艺

表面处理